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  • 1 # 生食堂

    首先,瞭解下什麼是酶。

    酶(enzyme)是由活細胞產生的、對其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質或RNA。酶具有一級、二級、三級,乃至四級結構。按其分子組成的不同,可分為單純酶和結合酶。僅含有蛋白質的稱為單純酶;結合酶則由酶蛋白和輔助因子組成。例如,大多數水解酶單純由蛋白質組成;黃素單核苷酸酶則由酶蛋白和輔助因子組成。結合酶中的酶蛋白為蛋白質部分,輔助因子為非蛋白質部分,只有兩者結合成全酶才具有催化活性。

    根據酶所催化的反應性質的不同,將酶分成六大類:

    氧化還原酶類(oxidoreductase)促進底物進行氧化還原反應的酶類,是一類催化氧化還原反應的酶,可分為氧化酶和還原酶兩類。

    轉移酶類(transferases)催化底物之間進行某些基團(如乙醯基、甲基、氨基、磷酸基等)的轉移或交換的酶類。例如,甲基轉移酶、氨基轉移酶、乙醯轉移酶、轉硫酶、激酶和多聚酶等。

    水解酶類(hydrolases )催化底物發生水解反應的酶類。例如,澱粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶、糖苷酶等。

    裂合酶類(lyases)催化從底物(非水解)移去一個基團並留下雙鍵的反應或其逆反應的酶類。例如,脫水酶、脫羧酶、碳酸酐酶、醛縮酶、檸檬酸合酶等。許多裂合酶催化逆反應,使兩底物間形成新化學鍵並消除一個底物的雙鍵。合酶便屬於此類。

    異構酶類(isomerases)催化各種同分異構體、幾何異構體或光學異構體之間相互轉化的酶類。例如,異構酶、表構酶、消旋酶等。

    合成酶類(ligase)催化兩分子底物合成為一分子化合物,同時偶聯有ATP的磷酸鍵斷裂釋能的酶類。例如,谷氨醯胺合成酶、DNA連線酶、氨基酸:tRNA連線酶以及依賴生物素的羧化酶等。

    酶的催化機理

    酶的催化機理和一般化學催化劑基本相同,也是先和反應物(酶的底物)結合成絡合物,透過降低反應的能來提高化學反應的速度,在恆定溫度下,化學反應體系中每個反應物分子所含的能量雖然差別較大,但其平均值較低,這是反應的初態。

    S(底物)→P(產物)這個反應之所以能夠進行,是因為有相當部分的S分子已被啟用成為活化(過渡態)分子,活化分子越多,反應速度越快。在特定溫度時,化學反應的活化能是使1摩爾物質的全部分子成為活化分子所需的能量(千卡)。

    酶(E)的作用是:與S暫時結合形成一個新化合物ES,ES的活化狀態(過渡態)比無催化劑的該化學反應中反應物活化分子含有的能量低得多。ES再反應產生P,同時釋放E。E可與另外的S分子結合,再重複這個迴圈。降低整個反應所需的活化能,使在單位時間內有更多的分子進行反應,反應速度得以加快。

    酶的催化效率更高,主要原因是降低了反應的活化能。

    簡單點來講就是生物酶的構型特殊而又專一,能迅速地結合底物,改變構型降低反應化學能,這個過程非常迅速。而普通的無機催化,是以活性離子/分子等等的形式參與到反應中去的,無法降低反應的能量壁壘,而且催化反應的時候往往會分好幾個步驟進行反應……不停地在各種形態、能量狀態間轉換的催化劑分子。所以催化效率相對較低。

    酶的作用效率有多高?

    這個問題可能需要對比著看,不同結構的酶,酶的活性不同。國際酶活定義:在特定條件下,1分鐘內轉化1微摩爾底物所需的酶量為一個活力單位(U)。拿我以前研究過木聚糖酶來說,很多種微生物都可以產生木聚糖酶,但酶活性也差異較大,低的高的相差近萬倍。

    再者,分子生物學常用工具酶---內切酶。隨著科技不斷進步,開發出不同快速內切酶,同樣內切序列,原來1小時以上酶切時間,可縮短至5分鐘左右。這就在於酶切效率,與酶結構關係極大。

    簡單說:酶的作用效率與結構息息相關,當然與酶的作用條件也關係巨大。

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